Американские ученые обнаружили, что капилляры мозга способны воспринимать изменения в активности различных его участков и регулировать приток крови к ним с помощью электрических сигналов. Ранее о сигнальных функциях капилляров ничего известно не было. Результаты работы опубликованы в журнале .
Нейроны мозга потребляют около 20 процентов всей энергии организма, при этом запасать ее они не могут, из-за чего полностью зависят от кровоснабжения. В связи с этим сосуды мозга быстро реагируют на повышение активности структур мозга расширением локальных артериол и, как следствие, усилением кровотока. Механизмы такой оперативной регуляции до сих пор уточнены не были.
Ближайшими к нейронам клетками сосудистой системы являются эндотелиальные клетки капилляров, формирующие вместе с ними разветвленную сеть. Такое взаимопроникновение в теории делает капилляры наиболее подходящими датчиками нейрональной активности. Чтобы проверить это, сотрудники Университета Вермонта изолировали клетки эндотелия мышиного мозга и провели электрофизиологический анализ разновидностей их ионных каналов.
Выяснилось, что эндотелий мозговых капилляров экспрессирует калиевые каналы KIR2.1, реагирующие на внеклеточную концентрацию калия, которая повышается при активации нейронов и передаче импульсов между ними.
Дальнейшие эксперименты на выделенных функциональных фрагментах ткани мозга с сосудами показали, что активация этих каналов ионами калия приводит к генерированию электрического сигнала, который быстро распространяется вверх по капиллярам до артериол и вызывает расширение этих сосудов, действуя на их гладкомышечные клетки. Исследование мозга живых мышей методом двухфотонной лазерной сканирующей микроскопии подтвердило работу этого сигнального механизма .
«Полученные результаты позволяют определить мозговые капилляры как активную сенсорную сеть, которая быстро конвертирует изменения концентрации ионов калия в электрические сигналы, направляющие кровоток к активным участкам мозга», — пишут авторы работы. По их мнению, нарушения в этом сигнальном механизме могут лежать в основе развития ряда заболеваний, связанных с нарушением мозгового кровоснабжения. Это должно стать темой последующих работ научного коллектива.
В 2015 году французские ученые разработали технологию визуализации сосудов мозга с микрометровым разрешением с помощью микропузырьков газа и ультразвука. Тогда же научному коллективу из Ливерморской национальной лаборатории США удалось напечатать на 3D-принтере кровеносные сосуды, способные самостоятельно обрастать капиллярной сетью.